EP0729740A2 - Verwendung von Goldlegierungen für Konstruktionselemente in der Dentaltechnik - Google Patents
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- A61K6/84—Preparations for artificial teeth, for filling teeth or for capping teeth comprising metals or alloys
- A61K6/844—Noble metals
Definitions
- the invention relates to the use of gold alloys as a material for construction elements in dental technology.
- construction elements such as attachments or joints.
- construction elements are mostly offered in prefabricated form today. Due to the individual problem cases, a variety of different designs exist. Already in 1989 there were about 290 different systems on the market. A large number of different alloys based on precious metals are used to manufacture them.
- these construction elements are very complex to manufacture. This is due to the smallness of the parts, which is paired with complicated geometries and tight tolerances in order to withstand the high demands in clinical use.
- high-strength alloys must be used, which generally show difficult forming behavior due to the high hardness. Usually only alloys are used which have hardnesses of over 200 HV and yield strengths of more than 450 MPa.
- the construction elements can be attached to the prosthesis parts by soldering or by casting the dental alloy directly onto the construction element. Alloys that do not contain non-noble metals are required for these structural elements, so that when preheating before the sprue there is no disruptive oxide layer that would prevent a material connection between the structural element and the dental alloy. These alloys are mostly based on gold-platinum-palladium or platinum-iridium. Particularly high-strength alloys of this type are described, for example, in DE-PS 35 42 641.
- This object is achieved according to the invention by using gold alloys with 1.2 to 2.3% by weight of titanium, the rest being gold.
- Alloys containing 1.6 to 1.8% by weight of titanium and the rest of gold are preferably used.
- alloys can be produced on a gold basis with titanium additions of 1.2 to 2.3% by weight, which have a significantly more favorable forming and corrosion behavior than the previously known alloys for construction elements.
- the high reactivity of the element titanium can be mastered by melting under protective gas in suitable crucibles.
- Table 1 lists three yellow alloys of the conventional alloy type (alloys 1 to 3) in addition to some alloys according to the invention (alloys 4 to 6). The associated mechanical characteristics can be found in Table 2.
- Table 1 Alloy compositions (% by weight) Leg. Au Ag Pt Pd Cu Zn In Ti Otherwise. 1 65.5 13 8.9 1 11.5 0.5 Ir0.1 2nd 73.8 9.2 9 - 4.4 2nd 1.5 Ir0.1 3rd 97.0 Zr3.0 4th 98.6 1.4 Ir0.1 5 98.3 1.7 6 97.9 2.1 Mechanical characteristics Leg.
- HV-H HV-W Rp-H (MPa) Rp-W (MPa) AW (%) AH (%) 1 275 180 710 420 28 11 2nd 230 150 500 310 14 6 3rd 230 90 600 247 21 ⁇ 1 4th 210 145 420 82 71 12th 5 240 55 480 95 61 9 6 250 95 500 170 45 6
- HV-H Vickers hardness in the hard state (optimal tempering temperature)
- HV-W Vickers hardness in the soft state (quenched in water)
- Rp-H yield point in the hard state
- AH ductility for hard condition in tensile test (technical elongation)
- AW ductility for soft condition in tensile test (technical elongation).
- the alloys according to the invention show significantly better values in the soft-annealed state.
- the hardness values can be reduced much more, sometimes to only about a third of the values that conventional alloys have. This is accompanied by a strong lowering of the yield point and a massive increase in ductility to values of approx. 60%. Both the increase in ductility and the significant reduction in hardness and yield point lead to a marked improvement in the forming behavior. Due to the higher ductility, higher degrees of forming and a reduction in the number of intermediate anneals can be achieved, and due to the lower strength, lower forming forces are required.
- Table 3 shows the characteristic data for corrosion resistance.
- the corrosion resistance was determined in accordance with DIN E 13927 in a one-week immersion test in 0.1 molar lactic acid saline solution on the basis of the released corrosion products.
- Table 3 lists the sum of the corrosion products released per cm 2 of sample surface.
- the investigations were carried out once on samples with fresh ground surface and once on samples that were subsequently subjected to a tempering treatment. An aging of 1 hour at 500 ° C in air was chosen as the treatment.
- the alloys according to the invention achieve the highest strengths in this heat treatment. It is therefore advisable to carry out such a treatment after the last shaping.
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft die Verwendung von Goldlegierungen als Werkstoff für Konstruktionselemente in der Dentaltechnik.
- Speziell bei der Herstellung von herausnehmbarem Zahnersatz kommen häufig Präzisionsverbindungselemente als sogenannte Konstruktionselemente, wie zum Beispiel Geschiebe oder Gelenke zum Einsatz. Solche Konstruktionselemente werden heutzutage meist in vorgefertigter Form angeboten. Aufgrund der individuellen Problemfälle existiert eine Vielzahl unterschiedlicher Konstruktionen. So waren bereits 1989 ca. 290 verschiedene Systeme auf dem Markt. Zu ihrer Herstellung wird eine Vielzahl unterschiedlicher Legierungen auf Edelmetallbasis eingesetzt.
- In der Regel sind diese Konstruktionselemente sehr aufwendig zu fertigen. Dies liegt an der Kleinheit der Teile, die gepaart ist mit komplizierten Geometrien und engen Toleranzen, um den hohen Ansprüchen im klinischen Einsatz standzuhalten. Zusätzlich müssen aufgrund der hohen Festigkeitsanforderungen hochfeste Legierungen verwendet werden, die in aller Regel aufgrund der hohen Härte ein schwieriges Umformverhalten zeigen. Üblicherweise werden nur Legierungen eingesetzt, die Härten von über 200 HV und Fließgrenzen von mehr als 450 MPa besitzen.
- Zusätzlich werden an diese Legierungen hohe Anforderungen bezüglich der Korrosionsbeständigkeit gestellt, um die Biokompatibilität entsprechender Dentalkonstruktionen sicherzustellen. Dabei sind die Anforderungen bezüglich Korrosionsfestigkeit eher noch höher einzustufen als bei gegossenem Zahnersatz, da bei Konstruktionselementen Spalträume, zum Beispiel zwischen den Geschiebeflächen, nicht zu umgehen sind. Damit sind alle Vorraussetzungen für eine verschärfte Korrosionssituation durch Spaltkorrosion erfüllt. Eine optimale Biokompatibilität erhält man durch den Einsatz höchst korrosionsbeständiger Legierungen, die mit möglichst wenigen Legierungselementen auskommen.
- Die Befestigung der Konstruktionselemente an die Prothesenteile kann durch Löten oder durch direktes Angießen der Dentallegierung an das Konstruktionselement erfolgen. Für diese Konstruktionselemente benötigt man Legierungen, die keine Nichtedelmetalle enthalten, so daß beim Vorwärmen vor dem Anguß keine störende Oxidschicht entsteht, die eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Konstruktionselement und Dentallegierung verhindern würde. Diese Legierungen sind meist auf der Basis Gold-Platin-Palladium oder auch Platin-Iridium aufgebaut. Besonders hochfeste Legierungen dieses Typs sind beispielsweise in der DE-PS 35 42 641 beschrieben.
- Speziell bei gelben, aufbrennfähigen Dentallegierungssystemen, die mit speziellen niedrigschmelzenden Keramiken verblendet werden können, sind Konstruktionselemente aus gelben Legierungen erwünscht, damit sich diese vom Grundmaterial nicht farblich abheben. Diese gelben Legierungen sind bisher alle mit Nichtedelmetallen legiert und damit nicht angußfähig. Sie sind in der Regel auf der Basis Gold-Platin-Silber-Kupfer aufgebaut und verdanken ihre mechanische Festigkeit zum großen Teil der Silber-Kupfer-Mischungslücke. Durch den dadurch bedingten relativ hohen Kupfer-Anteil ist potentiell eine Verfärbungsneigung speziell bei Vorliegen einer Spaltkorrosionssituation gegeben. In jüngerer Zeit hat man daher das Ziel verfolgt, den Kupfer-Gehalt dieser Legierungen weiter zu reduzieren. Um hohe mechanische Festigkeiten sicherstellen zu können, sind weitere legierungstechnische Maßnahmen erforderlich, die allerdings als Konsequenz eine Verringerung der Duktilität und damit einhergehend einen noch höheren Fertigungsaufwand zur Folge haben.
- Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Goldlegierungen für Konstruktionselemente in der Dentaltechnik zu finden, die eine gelbe Goldfarbe zeigen, ausreichend hart und gut verformbar sind. Außerdem sollten sie äußerst korrosionsbeständig sein, eine optimale Biokompatibilität besitzen und daher keine toxisch bedenklichen Bestandteile aufweisen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung von Goldlegierungen mit 1,2 bis 2,3 Gew.% Titan, Rest Gold.
- Vorzugsweise verwendet man Legierungen, die 1,6 bis 1,8 Gew.% Titan, Rest Gold enthalten.
- Überraschenderweise lassen sich auf Goldbasis mit Titanzusätzen von 1,2 bis 2,3 Gew.% Legierungen erzeugen, die ein wesentlich günstigeres Umform- und Korrosionsverhalten aufweisen, als die bisher bekannten Legierungen für Konstruktionselemente. Die hohe Reaktivität des Elementes Titan läßt sich schmelztechnisch durch Aufschmelzen unter Schutzgas in geeigneten Tiegeln beherrschen. Besonders bewährt haben sich binäre Legierungen aus Gold und 1,6 bis 1,8 Gew.% Titan, die bezüglich Farbe und Korrosionsbeständigkeit sowie Verformungsverhalten optimale Eigenschaften aufweisen.
- In Tabelle 1 sind beispielhaft drei gelbe Legierungen des konventionellen Legierungstyps (Legierung 1 bis 3) neben einigen erfindungsgemäßen Legierungen (Legierungen 4 bis 6) aufgelistet. In Tabelle 2 finden sich die dazugehörigen mechanischen Kenndaten.
Tabelle 1 Legierungszusammensetzungen (Gew.%) Leg. Au Ag Pt Pd Cu Zn In Ti Sonst. 1 65.5 13 8.9 1 11,5 0.5 Ir0.1 2 73.8 9.2 9 - 4.4 2 1.5 Ir0.1 3 97.0 Zr3.0 4 98.6 1.4 Ir0.1 5 98.3 1.7 6 97.9 2.1 Tabelle 2 Mechanische Kenndaten Leg. HV-H HV-W Rp-H (MPa) Rp-W (MPa) A-W (%) A-H (%) 1 275 180 710 420 28 11 2 230 150 500 310 14 6 3 230 90 600 247 21 <1 4 210 145 420 82 71 12 5 240 55 480 95 61 9 6 250 95 500 170 45 6 HV-H: Vickershärte im harten Zustand (jeweils optimale Vergütungstemperatur)
HV-W: Vickershärte im weichen Zustand (in Wasser abgeschreckt)
Rp-H: Fließgrenze im harten Zustand
Rp-W: Fließgrenze im weichen Zustand
A-H: Duktilität für harten Zustand im Zugversuch (techn. Dehnung)
A-W: Duktilität für weichen Zustand im Zugversuch (techn. Dehnung). - Während die bekannten und die erfindungsgemäßen Legierungen im harten Zustand keine gravierenden Unterschiede bei den mechanischen Kenndaten aufweisen, zeigen die erfindungsgemäßen Legierungen im weichgeglühten Zustand deutlich bessere Werte. Die Härtewerte lassen sich im Gegensatz zu den konventionellen Legierungen wesentlich stärker absenken, z.T. auf etwa nur ein Drittel der Werte, die die konventionellen Legierungen besitzen. Damit einher geht eine starke Absenkung der Fließgrenze und eine massive Steigerung der Duktilität auf Werte von ca. 60 %. Sowohl die Erhöhung der Duktilität als auch die deutliche Verringerung von Härte und Fließgrenze führen zu einer markanten Verbesserung des Umformverhaltens. Durch die höhere Duktilität lassen sich größere Umformgrade und eine Verringerung der Zahl der Zwischenglühungen erreichen und durch die geringere Festigkeit sind geringere Umformkräfte erforderlich. Beide Faktoren gemeinsam führen zu deutlich verringerten Fertigungskosten und -zeiten und erlauben außerdem neuartige, effizientere Fertigungsmethoden, wie zum Beispiel das Fließpressen. Nach den Umformvorgängen lassen sich durch geeignete Wärmebehandlungen wieder hohe Festigkeiten und geringere Duktilitäten einstellen. Der nunmehr harte Zustand besitzt ein sehr günstiges Verhalten bei nachfolgenden spanenden Formgebungen. Auch bei der Verwendung als Konstruktionselemente sind die hohen Festigkeiten wieder erforderlich.
- Überraschenderweise hat sich außerdem gezeigt, daß diese Legierungen sich durch eine außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit auszeichnen. In Tabelle 3 sind die Kenndaten zur Korrosionsbeständigkeit zusammengestellt. Die Korrosionsbeständigkeit wurde nach DIN E 13927 in einem einwöchigen Immersionstest in 0,1 molarer Milchsäure-Kochsalzlösung anhand der freiwerdenden Korrosionsprodukte bestimmt. In Tabelle 3 sind die Summen der freiwerdenden Korrosionsprodukte pro cm2 Probenoberfläche aufgelistet. Die Untersuchungen erfolgten einmal an Proben mit frisch geschliffener Oberfläche und einmal an Proben, die nachträglich noch einer Vergütungsbehandlung ausgesetzt waren. Als Vergütungsbehandlung wurde jeweils eine Auslagerung von 1h bei 500° C an Luft gewählt. Bei dieser Wärmebehandlung erreichen die erfindungsgemäßen Legierungen die höchsten Festigkeiten. Es bietet sich daher an, nach der letzten Formgebung eine solche Behandlung durchzuführen. Während es bei den konventionellen Legierungen dadurch zu einem Anstieg der Korrosionsrate kommt, so daß die Glühung unter Schutzgas durchgeführt werden muß, führt diese Glühbehandlung überraschenderweise bei den erfindungsgemäßen Legierungen zu einer weiteren Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit. Bei den binären Legierungen sinkt die Korrosionsrate sogar unter die Nachweisgrenze ab.
Legierung Gesamt-Korrosionsrate (µg/cm2) geschliffene Oberfläche Gesamt-Korrosionsrate (µg/cm2) nach zusätzlicher Vergütung 1 6 43 2 8 32 5 0,3 <N.G. (N.G. = Nachweisgrenze = 0,13 µg/cm2) 6 0,5 <N.G. - Folgende Beispiele sollen die Verwendung der erfindungsgemäßen Legierungen näher erläutern:
- 1. Zur Herstellung eines Geschiebes muß ein Vormaterial mit einem Rechteckquerschnitt von 3,3 x 6 mm aus einem stranggegossenden Zylinderstab mit 9 mm Durchmesser hergestellt werden. Für Legierung 1 (Tabelle 1) sind dafür 8 Zwischenglühungen sowie 9 Walzstiche gefolgt von 3 Ziehschritten erforderlich.
Für Legierung 2 (Tabelle 1) sind dafür 11 Zwischenglühungen sowie 10 Walzstiche gefolgt von 3 Ziehschritten erforderlich.
Die erfindungsgemäßen Legierungen Nr. 5 und 6 (Tabelle 1) benötigen dagegen nur 3 bzw. 4 Zwischenglühungen sowie 6 Walzstiche gefolgt von 3 Ziehschritten. Die Fertigung des Vormaterials ist damit wesentlich weniger zeitaufwendig. - 2. Zur Herstellung eines zylindrischen Wurzelstiftes werden konventionelle Legierungen auf einer Drehbank bearbeitet. Mit der erfindungsgemäßen Legierung Nr. 6 kann dagegen ein Draht angemessener Dicke nach vorhergehender Weichglühung direkt durch einen Fließpreßvorgang in eine Endform gepreßt werden. Eine Nacharbeitung ist für diesen Anwendungsfall nicht erforderlich.
Claims (2)
- Verwendung von Goldlegierungen mit 1,2 bis 2,3 Gew.% Titan, Rest Gold, als Werkstoff für Konstruktionselemente in der Dentaltechnik.
- Verwendung einer Legierung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie 1,6 bis 1,8 Gew.% Titan, Rest Gold enthält.
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